マイオキナーゼ

ミオキナーゼ（EC 2.7.4.3、アデニル酸キナーゼまたはADKとも呼ばれる）は、アデニンヌクレオチドの相互変換を触媒するリン酸転移酵素です。ADKは細胞内のリン酸ヌクレオチドレベルを常に監視できるため、細胞のエネルギー恒常性において重要です。平衡定数は条件によって変動しますが、1に近いです。したがって、この反応のΔG^oはほぼゼロです。脊椎動物および無脊椎動物の筋肉では、ATP（アデノシン三リン酸）の濃度は通常ADP（アデノシン二リン酸）の7〜10倍、AMP（アデノシン一リン酸）の100倍以上です。ADPの可用性は酸化的リン酸化の速度を制御します。その結果、ミトコンドリアはADKと酸化的リン酸化の制御の相乗効果により、高いATPレベルを維持しようとします。

構造

柔軟性と可塑性により、タンパク質はリガンドと結合してオリゴマーを形成し、集積し、機械的作業を行います。タンパク質の大きな立体構造の変化は細胞シグナル伝達にとって重要です。ADKはシグナル伝達タンパク質であり、したがって、構造間のバランスがタンパク質の活性を調節する可能性があります。ADKは結合時に脱ポピュレートされる局所的に展開された状態を含んでいます。

ADK-CORE、オープン、クローズドの3つの関連する構造が存在することが示されています。ADKにはLIDとNMPという2つの小さなドメインがあります。ATPはLIDとCOREドメインによって形成されたポケットに結合し、AMPはNMPとCOREドメインによって形成されたポケットに結合します。タンパク質の局所的な領域は構造変化中に展開し、ひずみを減少させ、触媒効率を向上させます。局所的な展開は、タンパク質内の競合するひずみエネルギーによって引き起こされます。

図1. カートゥーンでのADK酵素の骨格

アイソザイム

これまでに、9つのヒトADKタンパク質アイソフォームが同定されており、そのうちのいくつかは体全体に広く分布し、いくつかは特定の組織に局在しています。さまざまなアイソフォームの細胞内での位置だけでなく、基質の酵素への結合やリン酸転移の動力学も異なります。ADK酵素の細胞内局在は、タンパク質にターゲティング配列を組み込むことによって実現されます。各アイソフォームは、ヌクレオシド三リン酸（NTP）に対しても異なる好みを持っています。ADKはさまざまな細菌種や酵母でも見つかっています。いくつかの残基はこれらのアイソフォーム間で保存されており、触媒にとって重要であることを示しています。最も保存されている領域の1つはアルギニン残基であり、その修飾は酵素を不活性化する可能性があり、触媒の切れ目に存在し、塩橋に関与するアスパラギン酸とともに機能します。

メカニズム

リン酸転移は「オープンリッド」の閉鎖時にのみ発生し、これにより水分子が排除され、基質が互いに近接することになり、ATPのγ-リン酸基によるAMPのα-リン酸基への求核攻撃のエネルギー障壁が低下します。阻害剤Ap5Aを持つE. coliからのADK酵素の結晶構造において、Arg88残基はα-リン酸基でAp5Aと結合します。変異R88Gはこの酵素の触媒活性の99％の喪失を引き起こすことが示されており、この残基がリン酸転移に密接に関与していることを示しています。もう1つの高度に保存された残基はArg119です。これはADKのアデノシン結合領域に存在し、活性部位でアデニンをサンドイッチする機能を持っています。これらの酵素が他のNTPを受け入れる際の多様性は、ATP結合ポケット内の塩基の相対的に重要でない相互作用によって引き起こされます。リン酸基の転送中に負の電荷の蓄積を安定させるために、保存された正の残基のネットワーク（E. coliのADKにおけるLys13、Arg123、Arg156、Arg167）が使用されます。2つの遠位アスパラギン酸残基がアルギニンネットワークと結合することで、酵素が折りたたまれ、その柔軟性が減少します。マグネシウム補因子もAMPのリン酸の電気親和性を高めるために必要ですが、このマグネシウムイオンは静電相互作用によってのみ活性ポケットに保持され、容易に解離します。

機能

a. 代謝モニタリング

細胞がエネルギーレベルを動的に測定する能力は、代謝プロセスを監視するのを容易にします。ADKは、アデニルリン酸のレベルを継続的に監視し、変更することによって、細胞レベルでのエネルギー消費を調節できます。エネルギーレベルが異なる代謝ストレスの下で変化すると、ADKはAMPを生成し、さらなるシグナルカスケードにおけるシグナル分子として機能します。一般的な要因はアデニンヌクレオチドレベルに影響を与える可能性があり、したがってADK活性に影響を与えるのは、運動、ストレス、ホルモンレベルの変化、食事です。ADKは、代謝センサーの親密な「センシングゾーン」でヌクレオチド交換を触媒することによって、細胞情報のデコードを促進します。

b. ADKシャトル

ADKは細胞内のミトコンドリアおよび筋原線維区画に存在し、ATPの2つの高エネルギーリン酸化酵素（βおよびγ）をアデニンヌクレオチド分子間で転送できるようにします。基本的に、ADKはATPを高エネルギー消費の場に運び、これらの反応の過程で生成されたAMPを除去します。最終的に、これらの連続的なリン酸転移リレーは、ADK分子の集合体に沿ったリン酸基の伝播をもたらす可能性があります。このプロセスは、代謝物濃度に明らかなグローバルな変化を伴わずに、局所的な細胞内代謝フラックスの変化をもたらすADK分子のバケツブリゲードと見なすことができ、細胞の全体的な恒常性にとって非常に重要です。

参考文献